教学课程资源库 更多>>

关键词： 纠偏系统   退火炉   数学模型   分析与建模  

摘要： 本文结合攀钢2030连退退火炉机组，对炉内带钢纠偏系统控制原理和系统组成进行了分析，并对其各组成部分建立了相关的数学模型，为后续对带钢在炉内的高精度的跑偏控制提供了实用理论和模型方法。

关键词： 带通滤波器   放大器   增益   档位选择   输入输出电压   LabVIEW  

摘要： 文中介绍的8通道模拟带通滤波器,是针对水声换能器的前级功率放大而设计的.电路以压控放大芯片VCA810为核心,采用基于四阶切比雪夫带通滤波器的模拟电路设计方法.通过EDA电路电路设计软件完成电路板设计与元器件选取,利用LabVIEW虚拟仪器软件与实验室仪器建立连接,实现软硬件协同测试,从而得到精确的数据和预期的目标.系统测试结果表明：带内输出信号幅度稳定在10Vp-p,在310～490kHz频带内频谱波动小于0.5 dB.各通道幅度不一致性与相位差均小于5％.

关键词： 网络化系统   连续时间   马尔科夫链理论   混杂特性   ∞控制  

摘要： 近几十年来,网络控制系统由于其成本低,易于安装和维修等优点,得到了广泛的关注.这使得网络控制系统在机器人系统,远程医疗,智能交通,制造业等方面特别受欢迎.然而,由于网络控制系统的混杂特性所导致的有限带宽,网络诱导时延和数据丢包总是不可避免的,并且可能是随机出现的.一般来说,解决网络诱导时延和数据丢包的方法可以大致分为两类:(1)确定的方法,将时延和丢包处理成时变变量,以及(2)随机方法,将时延和丢包假设为服从某种概率分布.众所周知,将带有由通信通道引起的时变时延和丢包的网络控制系统建模成连续时间马尔科夫跳变系统能够很好的捕捉到网络控制系统的特性.并且显然,对于具有连续时间马尔科夫跳变系统模型的网络控制系统来说,丢包或大时延发生的概率,以及带有丢包或大时延的,或者不带有丢包或大时延的每个模态的逗留时间,是影响网络控制系统的稳定性性能的重要因素.这对于网络控制系统是一个有意义的,同时也是具有挑战性的问题.不幸的是,据作者所知,很少有文章将网络诱导时延和丢包建模成连续时间随机过程,这激励了我们现在的研究.同时,将该结果推广到带有输入时延和通信时延的多智能体系统中也具有很大的意义.\n 本文将以连续时间马尔科夫链为理论基础,将连续时间马尔科夫链运用到带有网络诱导时延和数据丢包的网络控制系统中,得到保证其指数稳定的充分条件.然后将该结果推广到多智能体系统中,并运用类似的方法得到保证多智能体系统指数稳定的充分条件.本文的主要研究内容如下:\n (1)基于连续时间马尔科夫链的网络控制系统的∞控制:首先,运用控制器切换策略,将一类线性连续时间网络控制系统建模成连续时间马尔科夫跳变线性系统,对于这个模型,在泛函理论的基础上,得出了保证线性连续时间网络控制系统指数稳定的∞控制器存在的充分条件.最后,用仿真例子验证了所提方法的有效性.\n (2)基于连续时间马尔科夫链的多智能体系统的∞控制:类似的,我们也将运用控制器切换策略,将一类带有通信时延和输入时延的多智能体系统建模成马尔科夫跳变系统,进而运用泛函理论,得出保证连续时间多智能体系统指数稳定的∞控制器存在的充分条件.最后,用仿真例子验证了所得结果的有效性.

关键词： 低通数字滤波器   现场可编程逻辑门阵列   分布式算法   模块设计   性能指标  

摘要： 首先，针对数字滤波器的原理和数字滤波器的设计方法进行分析，本文采用了分布式算法优化的方法，分布式中的查找表可以替代运算中的乘法器，但是采用一个查找表数据会很大，对数据的传输速度也会有影响。本文以16阶IIR(InfiniteImpulse Response)低通数字滤波器为例对查找表进行分组，其中16阶IIR低通数字滤波器的采样频率为2KHz，截止频率为40Hz，通过对滤波器的性能指标的确定能够得到相应的抽头系数。\n 其次，采用MATLAB仿真，通过MATLAB软件对设计指标进行参数的仿真，这里面用到了MATLAB软件中的FDATOOL仿真工具，将滤波器的参数输入到FDATOOL界面中得到了数字滤波器的零极点分布图，幅频特性曲线和相频特性曲线，同时也自动生成了滤波器的系数即抽头系数，在FPGA(Field programmable GateArray)仿真中要求输入的数据为整数，所以要对抽头系数进行二进制的转换。\n 最后，在FPGA的基础上设计整体的模块，一共分为四个模块，其中有Filter模块、LUT(Look up table)查找表模块、移位相加模块、顶层模块，整个系统采用VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)语言编程，在对各个模块编译之后进行图表的仿真，得到实际的仿真结果图，对抽头系数和输入进行卷积运算得到理论的输出值，将理论值与实际值进行对比得到设计的滤波器的输出和理论的输出总体误差率为1％，因此滤波器的整体设计是合理可行的。

关键词： 超宽带信号   并行采样   模拟数字转换器(ADC)   混合滤波器组(HFB)   完全重构   稳健  

摘要： 现今越来越多的领域需要高速高精度模拟/数字转换器(ADC：Analog to DigitalConverter)进行超宽带信号的采样，如远程通信、超宽带雷达信号处理系统等。这些应用系统中ADC的性能对系统的总体性能起到至关重要的作用。然而对于超宽带模拟信号，很难用单个ADC直接进行采样。为了达到高速A/D转换，基于广义采样理论提出的并行多通道采样是一种有效的方法。模拟/数字混合滤波器组(HFB：Hybrid Filter Bank)结构是一种针对超宽带信号进行采样的高效并行结构。HFB结构克服了并行时间交织结构对通道ADC之间增益和相位失配及时钟失配非常敏感的缺点，极大提高了整个系统的转换速度和分辨率。本论文主要研究了HFB系统的设计及应用。提出了近似完全重构HFB系统的设计方法，并针对存在模拟实现误差时需要设计稳健的HFB系统提出了基于稳健优化的设计方法，同时也探讨了两种HFB系统的改进结构。本文的具体工作概括为如下五个部分： 1.针对给定模拟分析滤波器频率响应的前提下，设计有限长脉冲响应(FIR：FiniteImpulse Response)数字综合滤波器使得HFB系统满足近似完全重构的问题，提出了两种基于特征值技术设计HFB的方法：传统特征值法(EIG)和总体最小二乘特征值设计法(TLS EIG)。EIG方法是将HFB完全重构条件分为两部分考虑，引入失真测量误差和混叠测量误差。在最小二乘准则意义下，先将混叠误差写为关于FIR滤波器未知系数向量的二次形式，然后通过引入一个参考频率点再将失真误差写为关于未知系数的二次形式。而TLS EIG方法则避免引入参考频率点，在总体最小二乘准则意义下直接将误差函数写为关于FIR滤波器未知向量的二次形式。此时，基于两种特征值方法的求解问题都转化为一个求解对应的Hermitian矩阵的最小特征值对应的特征向量的问题。利用反幂法或者共轭梯度法可有效的求得问题的解。仿真结果表明，在相同条件下提出的方法设计的HFB系统性能优于传统文献方法设计的系统性能。并且TLS EIG方法设计的系统性能优于EIG方法设计的系统性能。 2.在实际应用中，为了满足在不同应用场合需要设计具有不同重构性能的HFB系统的需求，提出了在混合范数误差准则下基于半定规划设计FIR数字综合滤波器的方法。混合范数指的是2范数和Chebyshev范数的线性加权和。通过调整加权因子，使得设计的HFB系统同时具有用最小二乘方法和极小极大方法设计的系统的性质，并且在两种性质之间能达到较好的平衡，以满足特定场合的需要。另外在考虑模拟滤波器实现误差的情况下，研究了设计稳健的FIR数字综合滤波器的问题。由于外界环境变化和元器件老化等因素的影响，模拟电路参数易发生变化。这些变化会降低HFB系统的重构性能。因此，许多应用场合设计综合滤波器时，需要考虑模拟滤波器实现误差。文中假定模拟滤波器频率响应是不确定的，但是频率响应的每一点都在复平面上的椭圆范围内变化，即将模拟滤波器实现误差建模为复平面上的椭圆。然后在极小极大准则下，综合滤波器系数求解问题也可转换为一个凸的半定规划问题。仿真结果验证了提出方法的有效性。 3.为了去掉设计HFB系统时需要对输入信号进行带限的假设，根据HFB的系统范数评价指标，提出通过最小化系统Η∞范数和混合Η2Η∞范数设计FIR数字综合滤波器的优化方法。该方法将需要设计的HFB系统与等效的理想采样系统并联构成预滤波诱导误差系统。首先用范数不变离散化方法将误差系统中的模拟时间部分离散化，此时系统转化为一个有限维多输入多输出的时变离散时间系统;然后将得到的系统的输入输出信号进行多相分解并利用系统的多相表示技术，时变离散时间系统转换为有限维多输入多输出线性时不变(LTI：Linear Time-Invariant)数字系统;最后，利用得到的LTI数字系统，FIR综合滤波器设计问题可写为线性矩阵不等式优化问题进行求解。仿真实验表明，新方法设计的HFB系统重构信号误差小于传统算法设计系统的重构信号误差，并且用新方法设计的系统的输入信号不需要是带限的且不需要进行过采样处理。 4.针对许多应用场合仅需用HFB系统重构特定频带范围内信号的问题，提出通过最小化系统Chebyshev范数设计FIR数字综合滤波器的优化方法。该方法先将HFB误差系统转化为一个等价的有限维多输入多输出线性时不变数字系统;然后在期望重构的频率范围内，利用广义KYP引理，给出数字系统在Chebyshev范数性能指标下基于线性矩阵不等式描述的凸优化问题。该算法可以重构期望的频率范围内的信号。仿真实验表明，新方法设计的HFB重构信号误差小于传统算法设计系统的重构信号误差。 5.将传统的HFB系统进行了改进。提出了一种新的并行调制HFB结构用于实现超宽带模拟信号的采样。在本结构中的

关键词： 并联型有源电力滤波器   巴特沃斯低通滤波器   指令电流预测   基波电流跟踪  

摘要： 近年来随着大量电力电子装置的应用，给电力系统带来了严重的谐波污染，危害电网中其他设备和电力系统的安全运行。有源电力滤波器(APF)能够同时抑制谐波和补偿无功功率，具有响应速度快和动态补偿效果好的特点，目前正走向大规模的工业应用。但工业现场环境复杂，存在各种各样的负载，因而对有源电力滤波器在各种负载条件的应用可能存在的问题以及对应的解决策略进行研究具有重要的理论和工程实际意义。本文基于并联型有源电力滤波器的工业化应用，对上述问题进行相关研究。 本文首先介绍了并联型有源电力滤波器的工作原理和结构，对本文所采用的谐波电流检测方法和指令电流跟踪控制策略进行了详细叙述。在比较几种常用谐波电流检测的不足之后，采用一种在三角函数正交性的基础上推导出的谐波检测方法。通过分析传统滞环比较开关频率高，容易烧毁功率器件，本文采用定时滞环比较跟踪方式，开关频率固定，输出电流可以很好地跟踪指令电流。针对直流侧电压不稳定的现象，采用在指令电流中增加充电电流并运用PI控制进行稳压。 然后对有源电力滤波器在两种特殊负荷场合中的应用展开深入研究。在补偿含有无功补偿电容器组的谐波源时，APF的投入易给系统带来谐振激励源，导致谐波被放大，系统失稳，本文采用三阶Butterworth低通滤波器滤除高频开关谐波电流，仿真结果表明理论分析的正确性。针对负荷快速线性变化，指令电流存在一个周期的滞后，本文提出采用基于牛顿插值算法的线性预测方法预测出本周期的指令电流进而实现实时补偿，仿真验证所提算法的有效性。针对负荷变化无规律，本文提出采用电网电流跟踪负载基波电流的控制方式，仿真结果显示补偿效果良好。 最后设计了一台以DSP+CPLD为控制核心的有源电力滤波器的实验装置，在实验平台上对上述算法和控制策略进行了实验研究，实验结果与仿真结果均一致，证明所提算法的正确性，对工程实际应用具有重要参考价值。

关键词： FIR   软IP  

摘要： FIR(Finite Impulse Response,有限冲击响应)滤波器是数字通信系统中常用的基本模块之一,而用FPGA IP核实现FIR滤波器具有高集成度、高速度、高可靠性和高移植性的优点,该文描述了FIR数字滤波器软IP的设计、实现的原理与方法,最后在ModelSim中以及Matlab进行了仿真与验证。

关键词： Anti-aliasing  

摘要： In the surface measurement system, the data acquisition is key part and the anti-aliasing analog filter is necessary. This paper deals with the design of the anti-aliasing analog filter. Based on the principle of anti-aliasing filtering, the parameters of filter are computed, the filter circuit is designed, and the frequency characteristic is drawn. Combined with digital filter, the filtering can maintain the low frequency components very well and suppress effectively the high frequency signals in the original surface profile, which reduces the distortion caused by noise and makes the filtering effect better. This method has been applied in the surface measurement system and the actually measured data verified the performance of the filter. © 2014 SERSC.

关键词： RECURSIVE FILTERS   ALGORITHM  

摘要： We present a novel hybrid algorithm based on particle swarm optimization (PSO) and simulated annealing (SA) for the design of two-dimensional recursive digital filters. The proposed method, known as SA-PSO, integrates the global search ability of PSO with the local search ability of SA and offsets the weakness of each other. The acceptance criterion of Metropolis is included in the basic algorithm of PSO to increase the swarm's diversity by accepting sometimes weaker solutions also. The experimental results reveal that the performance of the optimal filter designed by the proposed SA-PSO method is improved. Further, the convergence behavior as well as optimization accuracy of proposed method has been improved significantly and computational time is also reduced. In addition, the proposed SA-PSO method also produces the best optimal solution with lower mean and variance which indicates that the algorithm can be used more efficiently in realizing two-dimensional digital filters.

关键词： FIR数字滤波器   低功耗设计   分布式算法   现场可编程门阵列   查表操作  

摘要： 有限脉冲响应（Finite Impulse Response, FIR）滤波器具有稳定性高、线性相位、灵活性好、便于大规模集成等特性，被广泛应用于电信设备和控制系统中。随着大规模集成电路的迅速发展，信号的频率变高，其中所含的数据量大幅增加，因此，对高性能 FIR滤波器的需求变得十分迫切。在滤波器设计中，如果关键模块的功耗低、消耗的资源少，滤波器的性能就更优。因此，对 FIR滤波器关键模块进行功耗、面积等性能的优化是目前信号处理领域的一个重要问题。　　本文讨论了现有低功耗 FIR实现方法的优缺点，并指出在不同的场合应如何选择出最佳的实现架构。随着以查找表（Lookup Table, L U T）为基本单元的现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）的发展，基于存储器实现的FIR滤波器的架构得到了广泛的应用。纵观现有的研究，基于存储器实现的方法有两种：采用分布式（Distributed Algorithms, DA）算法和采用LUT乘法器实现。本文以这两种实现方法为基础，对高性能 FIR滤波器的设计原理与实现方法进行了研究。本文的主要工作包括：　　（1）采用DA算法实现的FIR滤波器设计，主要包括参数的确定、系数的确定、模块的划分和仿真验证。在传统的DA算法实现架构的基础上，提出了采取去除冗余系数项的方法改进设计，并对每个模块进行具体的优化，采用Verilog进行寄存器传输级（Register Transfer Level, RTL）代码编写，通过电子电路设计自动化（Electronic Design Automation, EDA）工具仿真验证，实验结果表明 FIR滤波器消耗的功耗和面积得到了有效的降低。　　（2）采用LUT乘法器实现的FIR滤波器设计，在传统的LUTAPC-（antisymmetric product coding，APC）方法实现乘法器基础上，提出了两种改进型 LUT架构d-LUT和b-LUT实现乘法器，省去了地址线的编码电路，且控制电路简单易行，使 FIR滤波器的功耗和面积等性能得到很大的提高。另外，在实现输入位宽较大的查表操作时，探讨了相应的LUT分解方法。